Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
Digitalisierungslösungen für Industrie 4.0
Ihr Kompetenzträger für Industrie 4.0 in der Konsumgüterproduktion
Bei der maschinellen Herstellung von Lebensmitteln und Pharmazeutika stehen Produktsicherheit und Prozesseffizienz an erster Stelle. Das Erreichen dieser Ziele hängt zunehmend von der effizienten Erfassung und Verarbeitung von Prozessdaten ab. Prozessbegleitende Simulationen liefern die Betriebsparameter für einzelne Verarbeitungsschritte und ermöglichen so beispielsweise eine optimale Reaktion auf schwankende Packmittel- und Packguteigenschaften. Die Grundlage dafür ist der durchgehende Datenaustausch entlang der gesamten Wertschöpfungskette.
Wir entwickeln Lösungen für die Digitalisierung der Lebensmittelverarbeitung. Mit Hilfe Maschinellen Lernens und Simulationen entstehen adaptive Systeme in den Bereichen der Folienverarbeitung sowie der Reinigung. Zur Unterstützung des Menschen in der sich wandelnden Arbeitswelt der Industrie 4.0 entwickeln wir Assistenzsysteme, beispielsweise zur Unterstützung der kognitiven Fähigkeiten von Maschinenbedienern.
Unsere Kunden unterstützen wir bei der Optimierung ihrer Verarbeitungs- und Reinigungsprozesse, in dem wir ihre Prozesse und insbesondere die dabei erzeugten Daten analysieren, Schwachstellen identifizieren und passende Lösungen aus dem Bereich der Digitalisierung implementieren.
Entdecken Sie unsere Technologie-Entwicklungen in einem virtuellen Rundgang
Bediener-Assistenzsysteme
Die Effizienz von Verarbeitungsmaschinen hängt häufig von den Erfahrungen der Maschinenbediener ab. Wissens- und Erfahrungsaustausch findet im Arbeitsalltag jedoch nur unzureichend statt. Das selbstlernende Bediener-Assistenzsystem SAM kombiniert das Maschinelle Lernen mit menschlicher Erfahrung, um Produktionsstörungen zu reduzieren und die Maschinen- und Anlageneffizienz zu steigern.
VR-Training
Mit unseren VR-basierten Schulungen können Sie Ihr Bedien- und Technikpersonal zeitlich flexibel abseits der Produktion in der virtuellen Trainingsumgebung qualifizieren. Ein individuell angepasstes didaktisches Konzept ermöglicht es, Fähigkeiten schnell und anschaulich zu vermitteln und auch komplexe Prozesszusammenhänge interaktiv erleb- und erlernbar zu machen.
So kann beispielsweise der Umgang mit Störungen, Maschinenstillständen oder Qualitätsabweichungen selbstgesteuert und risikofrei trainiert werden. Ein weiteres Szenario ist das Training von Formatwechseln, mit dem Rüstzeiten signifikant verkürzt werden können.
Schulungen in der Virtuellen Realität gewährleisten ein effizientes Onboarding von neuem Bedienpersonal. Sie ermöglichen gleichzeitig die Erhöhung des Qualifikationsniveaus der Stammbelegschaft, sodass Fehlbedienungen aufgrund mangelnder Einweisungen reduziert werden.
Auftretende Störungen werden so minimiert, Arbeitsabläufe werden verkürzt und die Produktionseffizienz wird gesteigert.
Durch die leicht nachvollziehbaren Visualisierungen komplexer Sachverhalte kann unabhängig von der Muttersprache des Personals ein erhöhtes Verständnis der Prozesse und Abläufe erreicht werden.
Begenen Sie dem Fachkräftemangel mit einem innovativen Qualifizierungskonzept!
Anlageneffizienz/OEE
Als Betreiber oder Hersteller von Anlagen profitieren Sie von professionellen Effizienzanalysen Ihrer Verarbeitungsmaschinen. Wir sind Ihr kompetenter, neutraler Partner und unterstützen Sie auf dem Weg zur Steigerung der Effizienz Ihres Produktionsprozesses.
Wir verwenden die neuesten Analysemethoden und verfügen über ein umfassendes Prozess-Wissen. Dadurch sind wir in der Lage, Ihre organisatorischen und technischen Potenziale im laufenden Produktionsbetrieb zu identifizieren.
Zusätzlich bieten wir Ihnen Orientierung und neutrale Begleitung bei der Entwicklung und Umsetzung Ihrer individuellen, bedarfsgerechten Digitalisierungsstrategie.
Profitieren Sie von einem hohen Wirkungsgrad Ihrer Anlage!
Aufgabengerechte HMI-Konzeption
Durch Erkenntnisse der Ingenieurpsychologie wird die funktionelle Lücke zwischen erfassten Daten und anwenderorientiertem Design geschlossen
Durch die Kombination interdisziplinärer Fachkompetenz aus Maschinenbau, Automatisierungstechnik und Ingenieurpsychologie, schließen wir die Lücke zwischen Daten und Design. Indem wir die verschiedenen Bedienaufgaben im Rahmen der Domänenanforderungen analysieren, gelingt es uns, die Menge, Zusammenstellung und den Detailgrad von Informationen im HMI aufgabengerecht an den Informationsbedarf anzupassen. Zusätzlich wird Wissen aus dem Fachgebiet Psychologie dazu genutzt, die Informationsdarstellung im Hinblick auf menschliche Wahrnehmung, Kognition und Handlung zu optimieren.
Aktuell sind in die Erstellung von HMI-Konzepten häufig Automatisierungspersonal und Designschaffende eingebunden. Dadurch stehen bei der technischen Umsetzung von Bedienoberflächen oft die Verfügbarkeit von Daten und die optisch ansprechende Gestaltung im Vordergrund. Zwischen Daten und Design klafft jedoch eine Lücke, die unter Einbeziehung ingenieurpsychologischer Gesichtspunkte mit Hilfe einer funktionalen Abstraktionsschicht geschlossen werden kann.
Durch bessere Verfügbarkeit und Kohärenz von dargestellter Information wird das Arbeitssystem transparenter und leichter verständlich. Dies führt zu einer Verringerung des Schulungsaufwandes für neue Bedienkräfte. Bedienaufgaben können einfach, schnell und fehlerfrei erledigt werden und die OEE positiv beeinflussen.
- Zu unserem Leistungsangebot im Bereich HMI Consulting
- Assistenzsystem zur kooperativen Entwicklung von Human Machine Interfaces
Wir beraten Sie gern zur Optimierung Ihrer Bedienoberflächen. Nehmen Sie Kontakt auf!
Digitalisierungsberatung
Wie finden Sie im breiten und vielfältigen Angebot Ihre bedarfsgerechte und passgenaue Digitalisierungs- und Assistenzlösung? Wie können Sie Ihre Anlageneffizient durch eine intelligente Unterstützung Ihres Bedienpersonals steigern? Wie kann dabei gleichzeitig die Mitarbeitendenzufriedenheit gesteigert werden?
Wir beraten Sie objektiv, erarbeiten in einem Workshop gemeinsam mit Ihnen und Ihrem Bedienpersonal bedarfsgerechte, passgenaue digitale Lösungsstrategien für die spezifischen Herausforderungen Ihrer Produktionsabläufe, erstellen eine Entwicklungs-Roadmap und begleiten Sie auf Wunsch bei der Umsetzung und Implementierung der Systeme.
Wir sind Ihr Guide auf dem Weg zur Digitalen Transformation!
Unterstützung der Digitalen Transformation in der Lebensmittelproduktion
Eine vollumfängliche Ausstattung mit moderner digitaler Messtechnik ist selbst bei neuen Anlagen nicht immer wirtschaftlich, auch da der tatsächliche Nutzen im Vorfeld oft schwer einzuschätzen ist. Vielfältige Daten bleiben in der Maschine, statt nutzbringend eingesetzt zu werden.
Wir adressieren dieses Praxisproblem mit einer modularen Systemlösung zur Prozessdatenerfassung und Digitalisierung. Diese besteht zum einen aus Hard- und Softwarebausteinen zur Anbindung relevanter Schnittstellen – von der analogen Stromschnittstelle bis hin zu Modbus TCP – an das einheitliche I4.0-Datenaustauschformat OPC UA oder direkt in KI-basierte Werkzeuge.
Zum anderen integriert die Systemlösung den Maschinenbedienenden bei Bedarf nahtlos in die Prozessdatenerfassung: Über eine individuelle Anwendung ergänzt er im Dialog mit dem System jene qualitätsrelevanten Prozessdaten, für die keine Messtechnik installiert ist.
Gemeinsam entwickeln wir Ihr bedarfsgerechtes Digitalisierungssystem sowie Zukunftslösungen für dessen nutzbringenden Einsatz – vom Qualitätsprotokoll für Ihre Kunden über selbstlernende Assistenzsysteme zur Unterstützung der Anlagenbedienenden bis zu maßgeschneiderten KI-Anwendungen.
Als Partner für die bedarfsgerechte Digitalisierung Ihrer Verarbeitungsprozesse bieten wir Ihnen:
- Erarbeitung von Datenerfassungskonzepten
- modulare Bausteine zur Integration unterschiedlicher Maschinenschnittstellen
- mobile Datenerfassungslösungen für Maschinenbedienende
- Maßgeschneiderte KI-basierte Auswertemöglichkeiten unter Einbezug von Prozessexpertise
Unsere innovativen Lösungen im Bereich der Digitalisierung von Verarbeitungsprozessen zeigen, was für die Lebensmittelverarbeitung in Zukunft möglich sein wird!
FAQ Extended Reality
Was ist der Unterschied zwischen AR- und VR-Technologie?
Augmented Reality (AR) bezeichnet die virtuelle Erweiterung der Realität. In Live-Bildern der realen Umgebung werden dabei Interaktions- und Visualisierungselemente (z. B. Bildern, Text, Videos) eingeblendet. Bei Virtual Reality (VR) hingegen taucht der Nutzende in eine komplett digitale Umgebung ein, bei der alle Elemente virtuell dargestellt werden. Sowohl AR als auch VR lassen sich dem Oberbegriff Extended Reality, also erweiterte Realität zuordnen.
Was ist Mixed Reality?
Mixed Reality (MR) ist die Vermischung der virtuellen und physischen Realität. Sie bildet also den Übergangsbereich zwischen der physischen und der rein virtuellen Welt ab. Anders als bei der Virtual Reality wird dabei die virtuelle Realität mit realen Objekten angereichert. Dies wird erreicht, indem VR-Brillen Kameras enthalten, die beispielsweise die Hände des Nutzenden filmen und in die virtuelle Umgebung einbetten (Pass-through-Technologie).
Wo finden erweiterte Realitäten Anwendung in der Industrie?
AR wird in der Lebensmittelproduktion vor allem für die Fernwartung oder Ferninbetriebnahme von Maschinen und Anlagen genutzt. Der Vorteil ist, dass der Serviceingenieur beim Maschinenhersteller das Gleiche sieht, wie die Person an der Maschine. Zudem können nützliche Hinweise direkt in deren Blickfeld eingeblendet und bestimmte Einzelteile oder Baugruppen hervorhoben werden. Die Kommunikation wird so deutlich vereinfacht.
Darüber hinaus wird AR für die Assistenz von Bedienenden angewendet. Das Fraunhofer IVV hat zum Beispiel einen virtuellen Reinigungsassistenten entwickelt, der bei der manuellen Reinigung von Maschinen und Anlagen die Mitarbeitenden unterstützt und die Reinigung dokumentiert. Das Reinigungspersonal bekommt den Reinigungserfolg unmittelbar in einer AR-Brille visualisiert und kann z. B. entstehende Sprühschatten nachreinigen.
Die VR-Technologie kann sehr gut für das Training des Bedienpersonals eingesetzt werden. In VR-Schulungen via VR-Brille wird Wissen zu einem Verarbeitungsvorgang vermittelt und die Prozessschritte in einer VR-Umgebung trainiert. Der Nutzende kann mit dem Maschinenmodell interagieren, indem er bspw. Einstellparameter ändert. Die Änderungen haben dann wie in der Realität Auswirkungen auf den Prozessablauf, sodass der sichere und effiziente Umgang mit der Maschine erlernt werden kann, ohne den realen Produktionsprozess zu unterbrechen.
Adaptive Systeme für die Verarbeitung und Reinigung
Gleichbleibend hohe Produktsicherheit ist trotz immer komplexer werdender Verarbeitungs- und Verpackungsprozesse von allen Lebensmittelherstellern zu gewährleisten.
Zur Sicherstellung dieses Ziels stellen wir Ihnen intelligente Siegelwerkzeuge zur Verfügung, die einen selbstregelnden, adaptiven Siegelprozess sowie eine Echtzeitbewertung der Verpackungsqualität ermöglichen.
Adaptive Reinigungssysteme gewährleisten eine bedarfsgerechte, ressourcenschonende und kostensenkende Reinigung und ermöglichen Ihnen ein durchgehendes Reinigungsmonitoring.
Sichere Prozesse für sichere Produkte! Nehmen Sie Kontakt auf!
Simulation und Modellbildung
Wir verstehen die numerische Simulation als Werkzeug zur Analyse, Entwicklung und Optimierung von Materialien, Prozessen und Maschinen. Individuell für Ihre Anwendung analysieren und abstrahieren wir die Wirkpaarung, entwickeln geeignete Material- und Prozessmodelle und Nutzen diese für Studien oder Optimierungen.
Dabei profitieren Sie von einem gesteigerten Prozessverständnis sowie einer Kosten- und Zeitersparnis und steigern somit Ihre Prozessstabilität und -effizienz.
Materialmodellierung
Verfügbare Materialmodelle evaluieren wir im Hinblick auf ihre anwendungsspezifische Eignung und parametrieren sie zur Abbildung des realen Verhaltens. Zu diesem Zweck nutzen wir etablierte thermische und mechanische Prüfverfahren, z. B. DSC, Uniaxialer Zugversuch oder Druckversuch. Zusätzlich entwickeln wir stetig neue Prüfmethoden, z. B. biaxialer Zugprüfversuchsstand, Verschmutzungssensorik oder Bubble Inflation Test. Durch die Auswahl und Kombination geeigneter Prüfverfahren und speziell entwickelter Charakterisierungsmethoden erarbeiten wir aussagekräftige Materialmodelle. Unsere Kompetenz im Bereich der Materialmodellierung reicht von Starrkörpern über elastische und viskoplastische bis hin zu flüssigen Materialien. Unser Fokus liegt dabei auf der Charakterisierung von Kunststofffolien und –platten, kunststoffbasierten Hybridmaterialien und Fluidströmungen.
Prozessmodellierung
Ausgehend von einer Prozessanalyse werden die relevanten Bestandteile modelliert. Zu diesem Zweck stehen uns unterschiedliche, kommerziell erhältliche sowie quelloffene numerische Simulationsprogramme zur Verfügung, mit denen wir sowohl thermische, struktur- und fluidmechanische als auch gekoppelte Fragestellung beantworten können. Aufgrund unser langjährigen Erfahrung reicht unsere Expertise von der Elementauswahl und Vernetzung über die Modellauswahl und Kontaktdefinition bis hin zur Definition der Randbedingungen und Lasten.
Simulation – Verstehen, Vorhersagen, Verbessern
Mithilfe des Prozessmodells sind wir in der Lage, Ihren Prozess nachzustellen und dabei hochaufgelöste Einblicke in das Temperatur- oder Strömungsfeld bzw. in die Beanspruchungs- und Verformungskenngrößen zu geben. Experimentelle Einschränkungen durch blickdichte Wände, hohe Temperaturen oder aggressive Medien gehören der Vergangenheit an. Die Auswirkungen geänderter Material- und Prozessparameter sowie Geometriedetails lassen sich virtuell, unter Einsparung von Fertigungszeiten und -kosten vorhersagen. Darauf aufbauend identifizieren wir optimale Konstruktions- und Prozessparameter, z. B. in Verarbeitungsprozessen wie Siegeln und Thermoformen, wir maximieren die Reinigungswirkung, z. B. durch geometrische Anpassungen, oder wir nutzen das gesteigerte Prozessverständnis zur Entwicklung verbesserter, innovativer Prozesse und Technologien.
Wir simulieren und modellieren Ihre Prozesse - nehmen Sie Kontakt auf!
SIMKOR
Derzeit erfolgt die Auslegung von Reinigungssystemen vornehmlich erfahrungsbasiert beziehungsweise iterativ an Anlagenprototypen. Zum Beschleunigen und Vereinfachen dieses in der Spritzreinigung aufwändigen Prozesses wurde in einem vom BMBF geförderten Projekt die Simulationssoftware ADVISIM3D entwickelt, welche Konstrukteuren von Spritzreinigungssystemen ein leistungsstarkes Optimierungswerkzeug an die Hand gibt. Neben der virtuellen Auslegung und Bewertung von statischen und dynamischen Spritzreinigungssystemen (z.B. Tankreinigung) ermöglicht das anwenderfreundliche CAD-Tool eine Vorhersage der resultierenden Wirkung komplexer Reinigungssysteme, unter Berücksichtigung des direkten Strahlaufpralls und des abfließenden Fluids als Reinigungskomponenten. Integrieren Sie die innovative CAD-Software in Ihren Entwurfsprozess. Wir führen als Dienstleistung für Sie die Simulationen durch oder unterstützen Sie mit bedarfsgerechten Schulungsangeboten und der Vermessung sowie Datenbankintegration von Düsen.
Die Markteinführung der Software erfolgte im Oktober 2020.
Wir bieten Simulationsleistungen für unterschiedliche Zielstellungen:
- Auslegung und Optimierung von Spritzreinigungssystemen
- Visualisierung der mechanischen Reinigungswirkung für Entwicklungs- und Marketingzwecke
Wir machen Reinigung vorhersehbar!